黃 俊 張譽才 魯軍輝

(1.長江大學石油工程學院油氣鉆采工程湖北省重點實驗室，武漢 430100;2.湖北省天然氣發(fā)展有限公司，武漢 430000;3.上海海洋石油局第三海洋地質(zhì)調(diào)查大隊，上海 200137)

我國低滲透油氣藏分布廣泛，開發(fā)潛力巨大。目前，我國已投入開發(fā)的低滲油藏基本采用注水開發(fā)，由于超低滲油藏特殊的滲流特征，采用常規(guī)注水方式開采的開發(fā)效果并不理想［2－3］。研究人員根據(jù)超低滲油藏的滲流特征對以往的注水方式進行了改善，開發(fā)效果明顯。注氣(包括空氣、氮氣、二氧化碳等)也是改善低滲油藏開發(fā)效果的有效方法［4－5］。國外部分低滲油藏采用注氣方式成功開發(fā)，開發(fā)效果較注水開發(fā)改善明顯。國內(nèi)部分油田也開展了現(xiàn)場試驗，取得初步的效果［6－7］。進一步開發(fā)動用超低滲油藏儲量，提升我國石油產(chǎn)量自給水平，目前仍是研究的課題之一。在此，筆者對超低滲油藏的有效開發(fā)技術進行研究。

1 超低滲油藏滲流特征

超低滲油藏具有儲層顆粒細小、孔喉細微、膠結(jié)物含量高等特征。由于流體賴以流動的孔喉細小，孔隙微觀結(jié)構影響程度大，孔隙介質(zhì)與流體作用相對較強，因此，流體在超低滲介質(zhì)中的滲流規(guī)律不再遵循線性的達西公式。

Н Л布茲列夫斯基在1924年發(fā)現(xiàn)啟動壓力梯度［8］，Von Engelhardt、Mitchell、Alvaro Prada 等人都曾先后發(fā)現(xiàn)低滲透介質(zhì)中的非線性滲流現(xiàn)象［9－14］。在這些研究顯示，儲層滲透率的大小隨著水力梯度變化的變化非常明顯。

國內(nèi)有研究者發(fā)現(xiàn)，水或原油在超低滲巖石孔隙中滲流時，由于巖石孔隙開度小(≤1 μm)，比表面大，加劇了邊界層對油水滲流的影響。此時，只有附加一個壓力梯度才能破壞邊界層并使油水開始流動，該附加壓力梯度即為啟動壓力梯度［15－17］。啟動壓力梯度的存在使得流體的滲流過程成為非達西滲流，有效壓力系統(tǒng)難以建立［18－19］;同時，由于低滲透油藏大多屬于應力敏感性油藏，隨著注入水的進入或地層流體的采出，地層巖石的有效覆壓將會發(fā)生變化，巖石發(fā)生形變，從而引起地層孔隙度和滲透率發(fā)生變化。由于這種變化的不可逆性，最終將會影響油藏的產(chǎn)能和開發(fā)效果。因此，啟動壓力梯度及應力敏感是超低滲油藏最顯著的滲流特征。

王道富等人對長慶低滲油藏某區(qū)塊100多塊巖心的室內(nèi)實驗研究發(fā)現(xiàn)，超低滲透油藏隨著滲透率的降低，地層流體的啟動壓力梯度急劇增加，兩者之間呈冪函數(shù)關系［20］。巖心應力敏感系數(shù)與巖心初始滲透率在雙對數(shù)坐標下呈線性關系，而且對于超低滲透油藏，應力敏感的影響顯著增加，只要存在壓力降，就會有滲透率的損失。

李忠興等人根據(jù)非達西滲流試驗和壓力敏感試驗，建立了考慮啟動壓力梯度和巖石壓力敏感的數(shù)學模型，并給出了均值無限大油藏中一口井的產(chǎn)能預測公式，即為超低滲透油藏滲流理論模型，為超低滲油藏的開發(fā)提供了理論依據(jù)［21］。

2 超低滲透油藏注水開發(fā)要點

啟動壓力梯度及應力敏感導致超低滲油藏的注水開發(fā)現(xiàn)狀不理想，采油速度和采收率較低。由前面分析可知，保持合理的地層壓力是超低滲油藏開發(fā)的關鍵因素。依據(jù)變形介質(zhì)的壓敏效應機理和非線性達西滲流理論，研究人員創(chuàng)建了以提高地層能量、克服啟動壓力、降低壓敏傷害、建立有效的驅(qū)替壓力系統(tǒng)的超前注水技術，同時，對于超低滲油藏的儲層改造技術也有了新的要求。

2.1 超前注水配套技術

超前注水技術能夠提高單井產(chǎn)量和最終采收率。王道富等人根據(jù)低滲透油藏非線性滲流數(shù)學模型，提出了在超前注水期運用保持合理地層壓力水平、注水壓力、注水強度和注水時機的開發(fā)技術［20］，該技術在長慶等低滲透油田現(xiàn)場應用后取得較好的開發(fā)效果，單井產(chǎn)量提高15% ～20%。

2.2 超低滲油藏儲層改造技術

我國低滲油田大多含有裂縫，通過儲層改造技術實現(xiàn)裂縫與基質(zhì)的良好匹配，降低啟動壓力梯度和儲層壓敏傷害，建立注水滲流條件下的有效驅(qū)替不僅可以實現(xiàn)超低滲油藏的有效開發(fā)，更是超低滲油藏開發(fā)的關鍵。

長慶油田針對超低滲透厚油層采用了多級加砂壓裂技術，不僅保證了橫向上的深度改造，而且實現(xiàn)了縱向上的有效支撐，增產(chǎn)效果明顯。同時，為了提高橫向改造程度，還采用了直井水力射孔射流壓裂工藝技術，有效改善了平面和剖面滲流條件，與采用常規(guī)壓裂措施相比增產(chǎn)效果突出［21］。王忍峰等人針對超低滲儲層物性差、平面非均質(zhì)性強等特點，提出了通過壓裂改造，形成主裂縫與次生裂縫相結(jié)合的裂縫系統(tǒng)儲層改造新思路，以降低油水滲流阻力，突破儲層非均質(zhì)性的屏蔽影響，擴大油井的泄流面積，從而達到增產(chǎn)的目的［22］。在西峰油田超低滲區(qū)塊試驗的多裂縫壓裂工藝以該思路為技術路線，溝通了天然微裂縫和形成的新裂縫，擴大了水力壓裂泄流面積，增產(chǎn)效果良好。

超低滲油藏的注水開發(fā)同儲層的壓裂改造密不可分，但壓裂改造技術不能僅從單井出發(fā)，追求短期最高的增產(chǎn)油量，而應采用總體優(yōu)化設計和實施技術，即設計水力裂縫 (縫寬、縫長、裂縫方位及支撐縫滲透率)要與注采井網(wǎng)、油層分布及油水運動合理配置，以最大限度地維持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高采收率和經(jīng)濟效益。在總體優(yōu)化設計的基礎上，再進行單井工程設計及現(xiàn)場施工設計。

3 超低滲透油藏注空氣采油技術

超低滲油藏由于儲層喉道極為細小，即使高壓注水也難以保持注采平衡，而且儲層極易受到注入流體的傷害。早在20世紀初，針對特低滲油藏提出了注氣開采技術，用以解決該類油藏注水開發(fā)有效壓力系統(tǒng)難以建立的問題［23－24］。

目前，我國許多油田都已進入中、高含水期，注水開發(fā)技術投入與經(jīng)濟效益之間的矛盾日益突出。注空氣相比注CO2、N2、煙道氣或烴類氣體開采低滲透輕質(zhì)油油藏是一項富有創(chuàng)造性的提高采收率新技術。其來源廣闊，不受空間和地域限制，氣源最豐富，成本最廉價，而且空氣注入性強，對超低滲油藏具有良好的適應性，因此，應用前景極為廣闊。

注空氣驅(qū)油機理多且復雜，各種機理的相對重要性取決于油藏特性。低滲輕質(zhì)油藏注空氣提高采收率的主要機理:一是傳統(tǒng)的注氣效應;二是注入的空氣與原油發(fā)生氧化作用，形成間接的煙道氣驅(qū)或氮氣驅(qū)。

60年代以來，美國人對空氣驅(qū)油技術做了大量室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬研究，并且現(xiàn)場進行了相應試驗，現(xiàn)場注空氣驅(qū)油配套技術逐漸完善。從1967年開始，美國的阿莫科石油開采公司及其他石油公司在美國南北Dakota州的Willston盆地實施了一些商業(yè)性規(guī)模的注空氣驅(qū)油項目。在這些項目中，空氣驅(qū)油藏由于注入能力特低，注水難度極大。從現(xiàn)場試驗情況來看，Amoco石油公司實施的兩個試驗項目增油效果明顯，提高采收率10%［25］。目前，美國Williston盆地東南部的Coral Creek油田進行了空氣驅(qū)先導性試驗，阿根廷的Barrancas油田進行了空氣驅(qū)可行性評價，印度尼西亞Handil油田進行了空氣驅(qū)先導性試驗。綜合分析各自的開發(fā)數(shù)據(jù)可以看出，空氣驅(qū)可以提高14% ～16%的采收率［26－28］。

我國在廣西百色油田、吐哈鄯善油田、陜北吳旗延長油礦、長慶馬嶺油田、中原油田胡12塊等地都進行了注空氣驅(qū)的現(xiàn)場試驗。其中，陜北吳旗延長油礦油藏深度為1920 m，油藏溫度為53℃，滲透率區(qū)間0.55 ×10－3～3.5 ×10－3μm2，試驗過程中未發(fā)生安全事故。為防止氣竄，后來空氣驅(qū)改為空氣泡沫驅(qū)。孫黎娟等人對超低滲油藏注氣采油的可行性進行了研究［29］。結(jié)果表明，對于超低滲巖心，氣驅(qū)比水驅(qū)平均提高3.8%的采收率，而且注氣所需壓力遠遠低于注水壓力，注氣的最小合理井距也遠大于注水井合理井距。

總結(jié)國內(nèi)外礦場經(jīng)驗可以看出，無論從技術上還是經(jīng)濟上，采用注空氣驅(qū)油都是成功的，項目均有較大的凈利潤回報，前景非常廣闊。油藏埋藏越深，溫度越高，實施注空氣驅(qū)油條件越好。

4 結(jié)語

(1)啟動壓力梯度和應力敏感與地層滲透率之間均為冪函數(shù)關系，對超低滲油藏的有效開發(fā)影響較大。在制定超低滲油藏開發(fā)方案時，不僅要進行總體設計，還需要綜合考慮兩者各自的影響因素。

(2)超前注水技術有利于建立較高的壓力系統(tǒng)和注水滲流條件下的有效驅(qū)替，但現(xiàn)場應用要求嚴格，要根據(jù)油藏條件確定合理的超前注水壓力保持水平、注水壓力、注水強度和注水時間，以提高單井產(chǎn)能并減緩油田產(chǎn)能的綜合遞減率。

(3)儲層改造是超低滲油藏開發(fā)的最根本技術之一，前置酸加砂壓裂技術、多級加砂壓裂技術、多裂縫壓裂技術等都為超低滲油藏的開發(fā)開辟了新的途徑。

(4)注空氣驅(qū)油適應于各種類型油藏，也是目前挖掘低滲透油藏剩余儲量最廉價、最有發(fā)展前景的三次采油方法之一，能夠建立比注水更有效的壓力系統(tǒng)。我國空氣驅(qū)技術起步較晚，在吸收引進國外先進配套技術的同時，更要形成我國低滲油藏注空氣驅(qū)油技術的完整體系。

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